JP7341782B2 - Angle detection device - Google Patents
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Description
本発明は、角度検出装置に関し、特に、揺動軸周りに揺動するミラーの基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出装置に関する。 The present invention relates to an angle detection device, and particularly to an angle calculation device that calculates a swing angle from a reference posture of a mirror that swings around a swing axis.
光を偏向しつつ所定の領域に向けて出射し、当該所定の領域から戻ってきた光を検出することによって、当該所定の領域内に位置する物体に関する種々の情報を得る走査装置が知られている。このような走査装置において、光を偏向する部分として、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー等の可動式のミラーが設けられている。 There are known scanning devices that emit light toward a predetermined area while deflecting it, and detect the light that returns from the predetermined area, thereby obtaining various information about objects located within the predetermined area. There is. In such a scanning device, a movable mirror such as a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror is provided as a part that deflects light.
このような可動式のミラーを有する走査装置では、ミラーの角度を変えて当該ミラーに対する光線の入射方向及び反射方向を変化させることにより、出射光の偏向を行っている。このため、出射光が所定の領域内のどこを照射しているのかを知るためには、基準姿勢に対するミラーの角度を検出する必要がある。 In a scanning device having such a movable mirror, the outgoing light is deflected by changing the angle of the mirror to change the incident direction and reflection direction of the light beam with respect to the mirror. Therefore, in order to know where in a predetermined area the emitted light is irradiating, it is necessary to detect the angle of the mirror with respect to the reference attitude.
ミラーの角度を検出する方法としては、例えばミラーの可動部に設けられた歪センサによって当該可動部の一部の変形を歪の大きさとして検出し、ピエゾ抵抗効果や圧電効果を利用してミラーの角度を算出することが行われている。また、ミラーに対して光を照射し、ミラーによって反射された光の反射方向の変化を象限検出器によって検出することによりミラーの角度を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。 As a method for detecting the angle of a mirror, for example, a strain sensor installed in the movable part of the mirror detects the deformation of a part of the movable part as the magnitude of distortion, and the angle of the mirror is detected by using the piezoresistive effect or piezoelectric effect. The angle of the angle is calculated. Furthermore, a method has been proposed in which the angle of the mirror is detected by irradiating light onto the mirror and using a quadrant detector to detect a change in the reflection direction of the light reflected by the mirror (for example, Patent Document 1) .
上記のように歪センサの検出結果を用いてミラーの角度を算出する方法では、可動部等における材料の物性の変化を利用しているため、検出感度に温度依存性を有し、また繰り返し歪みが生じることによる材料の劣化により、検出感度に変化が生じる。このため、ミラーの角度を精度よく算出することができないという問題があった。 As mentioned above, the method of calculating the mirror angle using the detection results of the strain sensor uses changes in the physical properties of the material in the movable parts, etc., so the detection sensitivity is temperature dependent, and the repeated strain Detection sensitivity changes due to material deterioration caused by this phenomenon. For this reason, there was a problem in that the angle of the mirror could not be calculated with high accuracy.
また、上記先行技術文献のようにミラーによって反射された光の反射方向の変化を利用してミラーの角度を検出する方法では、ミラーに対して比較的角度をもって光を入射させる必要があるため、ミラーの光反射面に垂直な方向に相当の空間を必要とする。このため、ミラー周辺の必要体積が大きくなり、角度検出のための光を照射するレーザや検出器等の存在によって、走査装置による光の走査領域に制限が生じるという問題があった。 Furthermore, in the method of detecting the angle of the mirror by utilizing the change in the direction of reflection of the light reflected by the mirror as in the above-mentioned prior art document, it is necessary to make the light incident on the mirror at a relatively angle. A considerable amount of space is required in the direction perpendicular to the light reflecting surface of the mirror. For this reason, the required volume around the mirror increases, and the presence of a laser, a detector, etc. that irradiates light for angle detection causes a problem in that the light scanning area by the scanning device is limited.
このように、歪センサを用いたミラーの角度の検出では、温度依存性や材料の計時劣化のため精度のよい算出を行うことができないということが課題の一例として挙げられる。また、ミラーからの反射光の反射方向の変化に基づいてミラーの角度を検出する場合、検出器等を設けるための広いスペースが必要となり、走査装置の走査領域に制限が生じてしまうということが課題の一例として挙げられる。 As described above, one example of a problem in detecting the angle of a mirror using a strain sensor is that accurate calculation cannot be performed due to temperature dependence and time measurement deterioration of the material. Additionally, when detecting the angle of a mirror based on changes in the direction of reflected light from the mirror, a large space is required to install a detector, etc., which limits the scanning area of the scanning device. This is an example of a problem.
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、周辺環境の変化や経時変化に強く且つ省スペースな角度検出装置を提供することを目的の一つとしている。 The present invention has been made in view of the above points, and one of its objects is to provide a space-saving angle detection device that is resistant to changes in the surrounding environment and changes over time.
請求項1に記載の発明は、光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、前記基準姿勢における前記ミラーの前記第2の面に対し平行に進行するレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されて進行する前記レーザ光の光路上に設けられた光検出器と、前記光検出器の受光結果に基づいて前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、を有することを特徴とする。
The invention according to
請求項9に記載の発明は、光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、前記基準姿勢における前記ミラーの前記第1の面に垂直な方向から見て前記第2の面の直下に位置する領域の外側から当該領域を通過する方向にレーザ光を出射する光源と、前記領域を通過した前記レーザ光を受光する受光面を有し、前記ミラーの揺動によって前記受光面による前記レーザ光の受光量が変化するように配された光検出器と、前記光検出器の受光結果に基づいて前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 9 has a first surface that reflects light and a second surface located on the opposite side of the first surface, and the invention includes a first surface that reflects light, and a second surface that is located on the opposite side of the first surface, and that rotates around a swing axis from a reference posture. a mirror configured to be movable; and a laser beam directed from outside of a region located directly below the second surface in a direction passing through the region when viewed from a direction perpendicular to the first surface of the mirror in the reference posture. A light detection device comprising a light source that emits light and a light receiving surface that receives the laser light that has passed through the area, and arranged so that the amount of the laser light received by the light receiving surface changes with the rocking of the mirror. and an angle calculation unit that calculates a swing angle of the mirror from the reference attitude based on the light reception result of the photodetector.
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below. In the following description of the embodiments and the accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals.
図1Aは、本実施例に係る角度検出装置10の全体構成を示す斜視図である。角度検出装置10は、揺動軸周りに揺動するミラーの基準姿勢からの揺動角(以下、振り角とも称する)を検出する装置である。
FIG. 1A is a perspective view showing the overall configuration of an
角度検出装置10は、光偏向を行うMEMSミラー10と、レーザ光を出射するレーザ光出射部21と、レーザ光を受光する第1光検出器22及び第2光検出器23と、第1光検出器22及び第2光検出器23の受光結果に基づいてMEMSミラー10の振り角を算出する角度算出部24と、を有する。
The
MEMSミラー10は、周期的に揺動することで光の偏向動作を行うミラーを含むMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーである。MEMSミラー10は、支持部11と、支持部11によって揺動可能に支持された可動部12と、を含む。支持部11は、図示せぬ筐体部に固定されている。
The MEMS
可動部12は、揺動軸CAの周りに揺動可能な状態で支持部11に支持されたミラー部13を有する。ミラー部13は、揺動軸CAに沿って延びるトーションバー14によって支持部11に接続及び支持されている。なお、支持部11及び可動部12は、半導体材料からなり、例えば半導体ウェハを加工することで形成することができる。
The
ミラー部13の第1の主面上には光反射面が形成されている。一方、ミラー部13の当該第1の主面とは反対側の主面である第2の主面は、黒色を有し且つ微細な溝が設けられる等の反射防止の加工が施されている。また、ミラー部13の当該第2の主面上には永久磁石(図示せず)が設けられている。トーションバー14がその周方向にねじれるように永久磁石に磁界が印加されると、ミラー部13は、支持部11に支持されつつ揺動軸CAの周りに揺動する。
A light reflecting surface is formed on the first main surface of the
ミラー部13は、第1の主面及び第2の主面が水平となるように支持された状態を基本姿勢として、揺動軸CAの周りを揺動する。本実施例では、ミラー部13は、基準姿勢を中心として所定角度の範囲を周期的に揺動する。例えば、ミラー部13は、基本姿勢にある状態の第1の主面の法線方向から時計回りの方向を+方向、反時計回りの方向を-方向とすると、第1の主面の法線と基準姿勢における当該法線とのなす角AGがAG≦±θmax(例えば、±15°)の範囲で周期的に揺動する。以下の説明では、振り角の限界を示す最大角度θmaxを最大振り角とも称する。
The
レーザ光出射部21は、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面側に設けられている。レーザ光出射部21は、例えばMEMSミラー10の外側(すなわち、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面に平行な方向において、ミラー部13の中心からの距離がMEMSミラー10の外縁よりも遠い位置)から、ミラー部13の第2の主面上を通過するようにレーザ光を出射する。
The laser
第1光検出器22は、APD(Avalanche PhotoDiode)等のフォトダイオードから構成されている。第1光検出器22は、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光がミラー部13の第2の主面上を通過して進行する光路上に設けられている。例えば、第1光検出器22は、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面側であって、MEMSミラー10の載置領域(すなわち、基準姿勢におけるミラー部13の第1の主面側を「上」、第2の主面側を「下」とした場合のMEMSミラー10の真下の領域)を挟んでレーザ光出射部21と対向する位置に設けられている。
The
第2光検出器23は、第1光検出器22と同様、フォトダイオードから構成されている。第2光検出器23は、ミラー部13が一の方向に揺動した際にはミラー部13の端部で反射されたレーザ光が入射し、ミラー部13が他の方向に揺動した際にはレーザ光が入射しない位置に設けられている。例えば、第2光検出器23は、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面側で且つレーザ光出射部21に近い位置に配置されている。
The
角度算出部24は、第1光検出器22の受光結果に基づいて、基準姿勢に対するミラー部13の角度を算出する。また、角度算出部24は、第2光検出器23の受光結果に基づいて、ミラー部13が基準姿勢からどちらの方向に傾いているかを検出する。
The
図1Bは、角度算出装置100のXX線に沿った断面図である。ここでは、ミラー部13が基準姿勢にある場合の各部の位置関係を示している。
FIG. 1B is a cross-sectional view of the
レーザ光出射部21は、ミラー部13の第2の主面S2側において、MEMSミラー10の外縁部の外側からミラー部13の中心部に向かってレーザ光が出射されるように、当該中心部の方向に出射口を向けて配置されている。レーザ光出射部21の出射口の前側(すなわち、ミラー部13の中央部に向かう方向側)に近接して、レンズ25が設けられている。
The laser
第1光検出器22は、レーザ光出射部21から出射されてミラー部13の第2の主面上を通過したレーザ光を受光するように、ミラー部13の中心部の方向に受光面を向けて配置されている。
The
第2光検出器23は、レーザ光出射部21から出射されてミラー部13の側端部で反射されたレーザ光を受光するように、ミラー部13の第2の主面S2に対向する方向に受光面を向けて配置されている。
The
次に、本実施例の角度検出装置100が実行する角度検出動作について図2A、図2B、図2C、図3A及び図3Bを参照して説明する。
Next, the angle detection operation performed by the
図2Aは、ミラー部13が基準姿勢である場合のレーザ光の出射及び受光の様子を模式的に示す図である。ここでは、ミラー部13の第1の主面S1及び第2の主面S2に垂直な方向を法線NLとして示している。レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LL(図2Aに破線で示す)は、レンズ25を通過してミラー部13の第2の主面S2上を平行に横切るように進行し、第1光検出器22に入射する。第1光検出器22に入射するレーザ光LLの光量は、ミラー部13が揺動した状態と比べて最も大きくなる。すなわち、この状態において、第1光検出器22によって検出される光強度は最大となる。
FIG. 2A is a diagram schematically showing how laser light is emitted and received when the
図2Bは、図2Aに示す基準姿勢の状態から第1光検出器22の位置する方向にミラー部13の第1の主面S1が傾いた状態、すなわち法線NLが図2AのA方向に変化するようにミラー部13が傾いた状態を示している。この状態では、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LLのうちの一部がミラー部13の第2の主面S2に照射され、その進行が妨げられる。このため、第1光検出器22に入射するレーザ光LLの光量は、ミラー部13が基準姿勢にある状態と比べて小さくなる。
FIG. 2B shows a state in which the first main surface S1 of the
図2Cは、図2Aに示す基準姿勢の状態からレーザ光出射部21の位置する方向にミラー部13の第1の主面S1が傾いた状態、すなわち法線NLが図2AのB方向に変化するようにミラー部13が傾いた状態を示している。この状態では、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LLのうちの一部がミラー部13の第1の主面S1又は側端部に照射され、その進行が妨げられる。このため、第1光検出器22に入射するレーザ光LLの光量は、ミラー部13が基準姿勢にある状態と比べて小さくなる。また、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LLのうち、ミラー部13のレーザ光出射部21側の側端部で反射されたレーザ光は、第2光検出器23に入射する。
FIG. 2C shows a state in which the first main surface S1 of the
次に、図1に示す角度算出部24が、第1光検出器22の受光結果及び第2光検出器23の受光結果に基づいてミラー部13の振り角を算出する方法について説明する。
Next, a method in which the
図3Aは、ミラー部13の振り角と第1光検出器22及び第2光検出器23で検出されるレーザ光の光強度と時間との関係を示すグラフである。ここでは、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度をD1、第2光検出器23で検出されるレーザ光の光強度をD2として示している。
FIG. 3A is a graph showing the relationship between the swing angle of the
ミラー部13が基準姿勢にある状態(振り角SA=0として示す)では、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度は最大となる。一方、ミラー部13の振り角が最大、すなわちミラー部13の第1の主面SLの法線NLと基準姿勢における第1の主面S1の法線NL方向とのなす角が最大振り角である状態(振り角SA=maxとして示す)では、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度は最小となる。このように、振り角に応じて検出される光強度の値が変化するため、角度算出部24は光強度の大きさに基づいて振り角を算出することができる。
When the
また、ミラー部13が図2Aに示すA方向に傾いた状態では第2光検出器23にレーザ光が入射せず、ミラー部13が図2Aに示すB方向に傾いた状態では第2光検出器23にレーザ光が入射する。図3AにD2として示すように、一方の方向に傾いている状態でのみ第2光検出器23でレーザ光の光強度が検出される。従って、角度算出部24は、第2光検出器23でレーザ光の光強度が検出されたか否かに基づいて、ミラー部13の傾きの方向を判定することができる。
Furthermore, when the
角度算出部24は、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度の最大値に基づいて規格化した光強度を規格化光強度として、予め取得した規格化光強度と振り角との関係からミラー部13の振り角を算出する。
The
次に、規格化光強度の算出式について説明する。ここでは、ミラー部13の振り角の最大値が15度であり、当該振り角が最大の状態において、レーザ光出射部21から第1光検出器22の方向を見た場合に第1光検出器22の受光部の下端にミラー部13の外縁が接する状態となる場合を例として説明を行う。
Next, a formula for calculating the normalized light intensity will be explained. Here, the maximum swing angle of the
まず、ミラー部13が直径dmmの円形のミラーであるとすると、ミラー部13の第1の主面S1の下側半分(すなわち、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光が入射する可能性がある部分)の面積は、S=(d2/8)πとなる。
First, assuming that the
ミラー部13が揺動して傾いた状態において、第1の主面S1の法線方向と基準姿勢における当該法線方向とのなす角をθとすると、ミラー部13が傾いた状態においてレーザ光を遮る部分の面積は、S(θ)=(d2/8)πsinθと表される。
When the
仮に、θ=15°のときにレーザ光がミラー部13の第1の主面S1に入射したとすると、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光のうちミラー部13によって遮られなかった部分の光量I(θ)は、次の数式1(数1)で表される。
If the laser beam is incident on the first principal surface S1 of the
ここで、I0とはミラー部13が基準姿勢の状態において第1光検出器22に入射するレーザ光の光量である。この光量I(θ)をI0で割ることにより、次の数式2(数2)で表されるような規格化光強度「規I(θ)」が得られる。
Here, I 0 is the amount of laser light that enters the
図3Bは、規格化光強度と振り角との関係を示すグラフである。振り角が±15°の範囲において、規格化光強度の値は、振り角の変化に応じて一次関数的に変化する。 FIG. 3B is a graph showing the relationship between normalized light intensity and swing angle. In the swing angle range of ±15°, the value of the normalized light intensity changes linearly in accordance with the change in the swing angle.
角度算出部24は、第1光検出器22により検出されたレーザ光の光強度に基づいて規格化光強度を算出し、上記の数2で示される関係式に基づいて、振り角を算出する。上記のような規格化光強度の算出式を用いることにより、最大の光強度の値(すなわち、ミラー部13が基準姿勢である場合の光強度)に関わらず、ミラー部13の振り角を安定して算出することができる。
The
以上のように、本実施例の角度検出装置100において、角度算出部24は、第1光検出器22が検出したレーザ光の光強度に基づいて、ミラー部13の振り角を算出する。また、角度算出部24は、第2光検出器23において所定値以上の光強度が検出されたか否かに基づいて、ミラー部13がどちらの方向に傾いているかを判定する。
As described above, in the
かかる構成によれば、歪センサを用いて角度を算出する場合とは異なり、温度依存性や材料の経時的な劣化の影響を受けずに角度をミラー部13の振り角を算出することができる。従って、安定して精度の高い振り角の算出を行うことが可能となる。
According to this configuration, unlike the case where the angle is calculated using a strain sensor, the swing angle of the
また、レーザ光出射部21、第1光検出器22及び第2光検出器23は、ミラー10の光反射面とは反対側(すなわち、ミラー部13の第2の主面側)に設けられ、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面に平行な方向でレーザ光の出射及び受光を行う。従って、ミラー10の光反射面に垂直な方向にはあまり空間を必要としないため、省スペースで角度検出装置を構成することができる。
Further, the laser
すなわち、本実施例の角度検出装置によれば、省スペースで且つ周辺環境の変化や経時変化に強い(すなわち、ロバストな)角度検出を実現することが可能となる。 That is, according to the angle detection device of this embodiment, it is possible to realize angle detection that is space-saving and resistant to changes in the surrounding environment and changes over time (that is, robust).
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、ミラー部13の第2の主面でのレーザ光の反射を防止するため、ミラー部13の第2の主面が黒色を有し且つ微細な溝が設けられている例について説明した。しかし、これに限られず、ミラー部13の第2の主面に反射防止の構造が形成されていればよい。例えば、第2の主面上に微細な突起を形成してもよく、反射率の低い塗料を塗布してもよい。また、これとは逆に、ミラー部13自体を反射率の低い材料で形成し、第1の主面にのみ反射性を持たせる加工を施してもよい。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the second main surface of the
また、上記のような反射防止の加工に加えて、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射するのを抑制する構成をさらに備えていても良い。
Further, in addition to the anti-reflection processing described above, a configuration may be further provided to suppress the laser beam reflected by the second main surface of the
図4Aは、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射する様子を模式的に示す図である。このように、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射すると、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光が第1光検出器22に直接入射する分の光強度に、ミラー部13の第2の主面で反射して第1光検出器22入射する分の光強度が加算されるため、角度の算出を行うことができない虞がある。
FIG. 4A is a diagram schematically showing how the laser beam reflected by the second main surface of the
図4Bは、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射するのを抑制する構成を模式的に示す図である。ミラー部13の第1光検出器22に近い側端部と第1光検出器22との間には、第2のレンズ26が設けられている。また、第2のレンズ26と第1光検出器22との間には、開口部(アパーチャ)を有する遮蔽体27が設けられている。
FIG. 4B is a diagram schematically showing a configuration for suppressing the laser beam reflected by the second main surface of the
ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光は、第2のレンズ26によって、遮蔽体27の開口部とは異なる位置に集光される。このため、当該レーザ光は、遮蔽体27の開口部を通過せず、第1光検出器22に入射しない。一方、ミラー部13の第2の主面による反射を経ず、レーザ光出射部21から出射されてミラー部13の基準姿勢における第2の主面に平行な方向に進行したレーザ光(以下、平行光と称する)は、第2のレンズ26によって、遮蔽体27の開口部の位置に集光される。このため、当該レーザ光は第1光検出器22に入射する。かかる構成によれば、ミラー部13の第2の主面で反射したレーザ光の第1光検出器22への入射を制限し、平行光のみを第1光検出器22に入射させることができるため、角度の検出を正確に行うことが可能となる。
The laser beam reflected by the second main surface of the
また、上記実施例では、ミラー部13がどちら側に傾いているかを判定するため、第2光検出器23の受光結果を用いる例について説明した。しかし、これとは異なり、例えば可動部12に歪みセンサを設け、ピエゾ抵抗効果等を利用して傾きの方法を判定する構成としてもよい。歪みセンサのセンサ結果には温度依存性や材料の経時劣化の影響があるが、ミラー部13がどちら側に傾いているかという2者択一の判定には角度算出のような正確さは必要ではないため、歪みセンサを用いて判定を行うことができる。
Further, in the above embodiment, an example was described in which the light reception result of the
また、MEMSミラー10に直接回転トルクを与え、ミラー部13を共振や非共振で揺動しているような場合(例えば、ミラー部13の第2の主面に永久磁石を接着し、外部からの磁界でミラーを揺動するような場合)には、駆動電圧又は駆動電流の波形に基づいてミラー部13の傾きの方向を判定することが可能である。
In addition, when a rotational torque is directly applied to the
図5は、駆動信号の波形とミラー部13の揺動との関係を示す図である。例えば、直接駆動型共振動作の場合、ミラー部13は、共振周波数を含む駆動信号の印加を受けた磁界発生源から当該駆動信号に応じた磁界が発生し、当該磁界が永久磁石に作用することによりミラー部13が共振状態で揺動する。かかる揺動動作において、ミラー部13の揺動は、図5に示すように、駆動信号の波形と比べて位相が90°遅れた波形となる。従って、位相が90°遅れていることを前提に、駆動信号に基づいてミラー部13の傾きの方向を判定することが可能である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the waveform of the drive signal and the rocking of the
また、上記実施例の角度検出装置によるミラー部13の振り角の検出は、ミラー部13の第2の主面の全面を利用しなくても行うことができる。図6Aは、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光がミラー部13の第2の主面の一部に沿って進行する様子を模式的に示す上面図であり、図6Bはその断面図である。このように、ミラー部13の第2の主面の一部を通過したレーザ光を用いて角度を算出するようにレーザ光出射部や第1光検出器を配置することにより、ミラー部13の第2の主面に永久磁石30が固定されている場合にも、その影響を受けずに角度の算出を行うことが可能となる。
Further, the swing angle of the
また、上記実施例では、第1光検出器22がレーザ光出射部21から出射されたレーザ光を直接受光する例について説明した。しかし、当該レーザ光をミラー等によりいったん反射させた光を第1光検出器22が受光するように構成してもよい。図7は、このような構成の角度検出装置を示す図である。MEMSミラー10の載置領域を挟んでレーザ光出射部21と対向する位置には、傾き検出用ミラー21が設けられている。光検出器32は、傾き検出用ミラー21によって反射されたレーザ光が入射する位置に設けられている。かかる構成の角度検出装置においても、上記実施例と同様に光検出器32が検出したレーザ光の光強度に基づいて、ミラー部13の振り角を算出することが可能である。
Further, in the above embodiment, an example was described in which the
また、上記実施例では、ミラー部13が円形である場合を例として説明したが、ミラー部13の形状はこれに限られない。例えば、ミラー部13は正方形や長方形等の四角い形状であってもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the
図8(A)~(F)は、レーザ光出射部21から見た第1光検出器22の受光面とミラー部13によってレーザ光が遮られる部分との関係を模式的に示す図である。
FIGS. 8A to 8F are diagrams schematically showing the relationship between the light receiving surface of the
図8(A)は上記実施例のように、ミラー部13が円形であり、且つミラー部13が最も傾いた状態(すなわち、振り角が最大である状態)で、ミラー部のエッジが第1光検出器22の受光面の下辺に接するような状態となる場合を示している。前述した規格化光強度の算出式は、このようにミラー部13が円形である場合を想定している。しかし、これとは異なる規格化強度の算出式を用いることにより、例えばミラー部13が四角い形状である場合にも、ミラー部13の振り角を算出することが可能である。
FIG. 8(A) shows that the
ミラー部13が四角い形状である場合、図8(B)のようにミラー部13がレーザ光の一部の進行を遮るような状態では、ミラー部13の振り角に応じて第1光検出部22に入射するレーザ光の光量が変化するため、光強度の変化に基づいてミラー部13の振り角を算出することができる。しかし、図8(C)に示すようにミラー部13がレーザ光の進行をほぼ全面的に遮り、さらに図8(D)に示すようにミラー部13が第1光検出器22の受光面からはみ出すような状態に至ると、第1光検出器22に入射するレーザ光の光量が変化しないため、光強度に基づいてミラー部13の振り角を算出することができなくなる。そこで、図8(E)に示すように、第1光検出器22の受光面を大きくして、ミラー部13が最も傾いた状態でも第1光検出器22を全面的に覆わないようにすることにより、ミラー部13の形状が四角い場合でも振り角の算出を十分に行うことが可能となる。また、レンズ等を用いてレーザ光の照射領域の面積を大きくすることにより、レーザ光の進行がミラー部13によって全面的に遮断されないようにしてもよい。また、図8(F)に示すように、ミラー部13が円形の場合にも第1光検出器22の受光面を大きくして、レーザ光の進行がミラー部13によって遮られる領域が少なくなるようにしてもよい。
When the
また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばROMなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。 Furthermore, the series of processes described in the above embodiments can be performed by computer processing according to a program stored in a recording medium such as a ROM.
100 角度検出装置
10 MEMSミラー
11 支持部
12 可動部
13 ミラー部
14 トーションバー
21 レーザ光出射部
22 第1光検出器
23 第2光検出器
24 角度算出部
25 レンズ
30 永久磁石
31 傾き検出用ミラー
32 光検出器
100
Claims (10)
前記基準姿勢における前記ミラーの前記第2の面に対し平行に進行するレーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されて進行する前記レーザ光の光路上に設けられた光検出器と、
前記光検出器にて受光した際の光強度の大きさに基づいて前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、
を有することを特徴とする角度検出装置。 a mirror having a first surface that reflects light and a second surface located on the opposite side of the first surface, and configured to be swingable around a swing axis from a reference posture;
a light source that emits a laser beam that travels parallel to the second surface of the mirror in the reference posture;
a photodetector provided on the optical path of the laser beam emitted from the light source and traveling;
an angle calculation unit that calculates a swing angle from the reference posture based on the magnitude of light intensity when the light is received by the photodetector;
An angle detection device characterized by having:
前記角度算出部は、前記第2の光検出器の受光結果に基づいて、前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動方向を判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の角度検出装置。 a second photodetector provided at a position where the laser beam enters when the mirror swings in one direction from the reference posture, and where the laser light does not enter when the mirror swings in the other direction; has
4. The angle calculation unit determines a swing direction of the mirror from the reference posture based on a light reception result of the second photodetector . Angle detection device.
前記角度算出部は、前記駆動信号の信号波形に基づいて、前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動方向を判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の角度検出装置。 The mirror has a permanent magnet fixed to the second surface, and oscillates to resonate with a magnetic field generated by a magnetic force generation source that operates upon application of a drive signal;
The angle detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the angle calculation unit determines a swing direction of the mirror from the reference posture based on a signal waveform of the drive signal. .
前記光検出器の受光面に近接して設けられ、前記ミラーの前記第2の面で反射され前記レンズによって集光されたレーザ光の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1に記載の角度検出装置。 Disposed between the light source and the photodetector, the laser beam reflected on the second surface of the mirror and the laser beam that has proceeded without being reflected on the second surface are placed at different positions. A lens that focuses light,
It is characterized by having a shielding part that is provided close to the light-receiving surface of the photodetector and that shields at least a part of the laser light that is reflected by the second surface of the mirror and focused by the lens. An angle detection device according to any one of claims 1 to 6.
前記光検出器は、前記第2のミラーによって反射されたレーザ光を受光可能な位置に配されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1に記載の角度検出装置。 a second mirror that reflects the laser beam that has passed on the second surface of the mirror;
8. The angle detection device according to claim 1, wherein the photodetector is arranged at a position where it can receive the laser beam reflected by the second mirror.
前記基準姿勢における前記ミラーの前記第1の面に垂直な方向から見て前記第2の面の直下に位置する領域の外側から当該領域を通過する方向にレーザ光を出射する光源と、
前記領域を通過した前記レーザ光を受光する受光面を有し、前記ミラーの揺動によって前記受光面による前記レーザ光の受光量が変化するように配された光検出器と、
前記光検出器にて受光した際の光強度の大きさに基づいて前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、
を有することを特徴とする角度検出装置。 a mirror having a first surface that reflects light and a second surface located on the opposite side of the first surface, and configured to be swingable around a swing axis from a reference posture;
a light source that emits a laser beam in a direction passing through the region from outside the region located directly under the second surface when viewed from a direction perpendicular to the first surface of the mirror in the reference posture;
a photodetector having a light-receiving surface that receives the laser light that has passed through the region, and arranged so that the amount of the laser light received by the light-receiving surface changes as the mirror swings;
an angle calculation unit that calculates a swing angle of the mirror from the reference posture based on the magnitude of light intensity when the light is received by the photodetector;
An angle detection device characterized by having:
前記基準姿勢における前記ミラーの前記第2の面に対し平行に進行するレーザ光を出射する光源と、a light source that emits a laser beam that travels parallel to the second surface of the mirror in the reference posture;
前記光源から出射されて進行する前記レーザ光の光路上に設けられた光検出器と、a photodetector provided on the optical path of the laser beam emitted from the light source and traveling;
前記光検出器の受光結果に基づいて前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、を有し、an angle calculation unit that calculates a swing angle from the reference posture based on the light reception result of the photodetector;
前記角度算出部は、前記光検出器の受光結果を前記ミラーが前記基準姿勢にある場合の受光結果と比較することにより、前記基準姿勢からの揺動角を算出することを特徴とする角度検出装置。Angle detection characterized in that the angle calculation unit calculates a swing angle from the reference attitude by comparing a light reception result of the photodetector with a light reception result when the mirror is in the reference attitude. Device.
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JP2006078186A (en) | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Y E Data Inc | Flat surface measuring method of mirror |
JP2006337251A (en) | 2005-06-03 | 2006-12-14 | Victor Co Of Japan Ltd | Photodetection device |
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